Броунівський рух-це хаотичне переміщення дрібних частинок у рідинах або газах під впливом безперервних зіткнень з молекулами середовища. Його відкриття в 1827 році Робертом Броуном революціонізувало наше розуміння про переміщення речовини в світі мікро-і наномасштабів. Однак, дивним чином, цей процес прекрасно працює тільки для дрібних частинок, але не для великих.
Відомо, що броунівські рух особливо помітно для молекул води. Завдяки своїм маленьким розмірам, вони часто стикаються з молекулами повітря, що призводить до їх переміщення навколо середньої точки. Цей ефект, званий броунівським рухом, підтверджується виключно точними експериментальними даними.
Однак, чому великі частинки не проявляють подібної поведінки? Відповідь криється в різниці між силами, що діють на маленькі і великі частинки. Дрібні частинки можуть бути дуже легкими і масовими, а також мати низький імпульс. Це означає, що вони легко стикаються з молекулами середовища, в той час як великі частинки мають велику масу і імпульс, що перешкоджає їх переміщенню подібним чином.
Маса частинок
Чим більше маса частинки, тим слабкіше ефекти броунівського руху. Це пов'язано з тим, що більш масивні частинки мають більшу інерцію і менше піддаються впливу випадкових поштовхів молекул.
Тому великі частинки, наприклад, зважені частинки або макромолекули, не виявляють броунівського руху в такій мірі, як молекули газу або дрібні частинки в рідині.
Однак слід зазначити, що абсолютна відсутність броунівського руху у великих частинок не є абсолютною істиною. Навіть великі частинки все ще мають деяке збудження і випадкові рухи, але вони набагато менш помітні і виражені, ніж дрібні частинки.
Броунівський рух виникає при малих масах частинок
Основний фізичний механізм, що визначає Броунівський рух, називається термодифузією або броунівським рухом. Воно виникає через неоднорідності температури середовища і взаємодії рухомих частинок з молекулами середовища. Цей ефект є стохастичним, тобто рух частинок неможливо передбачити заздалегідь, і кожна частинка рухається незалежно.
Однак, при малих масах частинок ефект броунівського руху стає більш помітним. Це пояснюється тим, що чим менше маса частинки, тим менше вплив зовнішніх сил на її рух, і основні рухи частинки визначаються випадковими зіткненнями з молекулами середовища.
Броунівський рух має значне значення в різних галузях науки і техніки, таких як хімія, фізика, біологія, медицина. Воно використовується для вивчення властивостей колоїдних систем, дифузії, конвекції та інших явищ в рідинах і газах. Застосування броунівського руху дозволяє отримати інформацію про розміри, концентрації і взаємодії частинок в різних системах.
| Броунівський рух виникає: | При малих масах частинок |
Великі частинки мають досить велику масу
Броунівський рух являє собою хаотичне переміщення дрібних частинок, викликане зіткненнями з молекулами навколишнього середовища. Однак, великі частинки, завдяки своїй значній масі, не схильні до такого руху.
При взаємодії частинок з молекулами рідини або газу відбувається тепловий рух, яке призводить до хаотичного переміщення частинок в різних напрямках. Це явище особливо проявляється на мікрорівні, де молекули мають невелику масу і можуть легко змінювати свій напрямок і швидкість під впливом теплового руху.
Однак, великі частинки володіють значно більшою масою і інерцією, що робить їх рух більш стійким до зовнішніх впливів. Вони менш схильні до зіткнень з молекулами навколишнього середовища і, в результаті, не виявляють яскраво вираженого броунівського руху.
Така відсутність броунівського руху у великих частинок може бути винятком, коли вони знаходяться в умовах надзвичайно високих температур або в середовищі з дуже низьким тиском, де вплив молекулярного теплового руху стає помітним навіть для таких великих частинок.
Взаємодія середовища
Великі частинки в середовищі відчувають дію різних типів сил, які перешкоджають вільному руху. Перш за все, ці сили включають взаємодію сили тяжіння, яка притягує частинки до земної поверхні.
Крім того, частинки взаємодіють з молекулами середовища, наприклад, з молекулами повітря або рідини. Ці молекулярні зіткнення створюють дисипативні сили, які гальмують рух великих частинок.
Ще одним важливим аспектом взаємодії середовища є силова взаємодія між частинками. Великі частинки можуть взаємодіяти між собою або з іншими об'єктами в середовищі, що також може призвести до витрат енергії. Наприклад, при зіткненні двох частинок може відбуватися передача імпульсу та енергії, що обмежує їх рух.
В результаті всіх цих факторів, Броунівський рух великих частинок стає значно обмеженим і менш випадковим у порівнянні з рухом найдрібніших частинок. Взаємодія середовища відіграє важливу роль і у визначенні основних характеристик броунівського руху великих частинок.
Броунівський рух виникає через зіткнення з молекулами середовища
Макроскопічні частинки мають багато велику масу і розміри в порівнянні з молекулами середовища, тому їх рух прямо залежить від взаємодії з молекулами. При зіткненні молекули середовища передають на частинку імпульс, що призводить до зміни її напрямку і швидкості. Ці численні випадкові та мікроскопічні зіткнення накопичуються і створюють хаотичний рух у всіх напрямках.
Таким чином, Броунівський рух виникає внаслідок безперервних і випадкових взаємодій частинок з молекулами середовища. Цей рух є характерним для дрібних частинок, таких як молекули або наночастинки, і не є помітним для великих частинок, таких як порошинки або осад. Броунівський рух є однією з ключових характеристик молекулярно-кінетичної теорії і знаходить застосування в різних галузях науки і техніки.
Великі частинки мають меншу поверхню взаємодії з молекулами середовища
Однак великі частинки, такі як піщинки або великі молекули, мають набагато меншу поверхню взаємодії з молекулами середовища. У зв'язку з цим, зіткнення і взаємодія з молекулами надають пренебрежимо малий вплив на переміщення великих частинок, що призводить до їх практично відсутнього броунівського руху.
Великі частинки мають більшу масу і амплітуду руху, що робить їх менш схильними до впливу флуктуацій в навколишньому середовищі. Це пояснює їх відносну нерухомість і, отже, відсутність характерного броунівського руху.
Слід зазначити, що відсутність броунівського руху для великих частинок не означає відсутності будь-якого руху взагалі. Великі частинки все ще можуть рухатися під впливом інших фізичних сил і процесів, таких як гравітація або електростатичні сили.